／本刊記者 才秀敏／

氫能作為一種清潔低碳的可再生能源，可以幫助包括電力、交通等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)深度脫碳。隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)加速推進(jìn)，構(gòu)建電氫能源體系將成為構(gòu)建現(xiàn)代能源體系的重要途徑之一，氫能應(yīng)用領(lǐng)域亦將進(jìn)一步拓寬。英國《金融時(shí)報(bào)》日前發(fā)文稱，氫可作為“儲(chǔ)能的未來”，以解決太陽能和風(fēng)能等清潔能源在電網(wǎng)中擴(kuò)散時(shí)的可變性問題。這似乎為氫在全球零碳排放轉(zhuǎn)型中的實(shí)際應(yīng)用增添了一個(gè)可行選項(xiàng)。

“電制氫對(duì)于構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)意義重大。實(shí)現(xiàn)碳中和愿景目標(biāo)，電力增長首先必須零碳化，電制氫及氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的加速成熟和成本的下降將為大電網(wǎng)提供跨時(shí)空的儲(chǔ)能調(diào)峰能力。而氫燃?xì)廨啓C(jī)可以為電網(wǎng)提供靈活性調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，構(gòu)建零碳電網(wǎng)和新型電力系統(tǒng)成為可能。所以大家可以展望碳中和之時(shí)將進(jìn)入氫能時(shí)代?！眹W(wǎng)上海綜合能源服務(wù)有限公司副總經(jīng)理，教授級(jí)高級(jí)工程師張春雁在接受本刊采訪時(shí)表示。

電器工業(yè)：碳中和背景下，要構(gòu)建一個(gè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，具有非常重大的戰(zhàn)略意義。請(qǐng)談?wù)劸G色能源體系建設(shè)的戰(zhàn)略需求及必要性和路徑。

張春雁：3月15日，中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議明確提出，要構(gòu)建一個(gè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，這具有非常重大的戰(zhàn)略意義。新能源為主體，這個(gè)提法跟我們?cè)瓉砀弑壤稍偕茉?、高比例的電力電子系統(tǒng)的提法有很大的區(qū)別。目前，光伏、風(fēng)電等可再生能源的高效利用是新能源，而氫將是下一個(gè)最重要的新能源。這也是戰(zhàn)略上的考慮，前些日子蘇伊士運(yùn)河船被卡，油輪租金馬上上漲45%多，我國現(xiàn)在油氣進(jìn)口依賴度太大，如果建成了以新能源為主體的電力系統(tǒng)，能源安全的命脈就不會(huì)被人卡脖子了，所以這也是與能源安全新戰(zhàn)略觀完全契合的。以可再生能源為基礎(chǔ)的新能源是我國有待大規(guī)模開發(fā)的最寶貴財(cái)富。如果有一天真正做到了新能源為主體，充分開發(fā)利用了這些光風(fēng)等可再生能源，我想我們能源的戰(zhàn)略安全也就得到了根本保證。

值得關(guān)注的是，國家電網(wǎng)公司是全國第一家提出雙碳行動(dòng)計(jì)劃的央企，特別明確，在能源供給側(cè)，構(gòu)建多元化清潔能源供應(yīng)體系，其中包括推動(dòng)氫能利用，碳捕集、利用和封存等技術(shù)研發(fā)，加快CO2資源再利用。在能源消費(fèi)側(cè)，全面推進(jìn)電氣化和節(jié)能提效，其中包括加快電能替代，推進(jìn)電制氫技術(shù)應(yīng)用。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需要消納大規(guī)模的可再生能源，儲(chǔ)能和靈活性調(diào)節(jié)能力，這給氫能應(yīng)用提出了迫切的期待。構(gòu)建可再生能源與電氫融合的零碳電網(wǎng)和新型電力系統(tǒng)成為方向。

在碳中和背景下，3060能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換和優(yōu)化有兩條路徑：第一是不可再生的化石能源一定要被可再生的綠色能源來替代；第二是一個(gè)高碳向低碳過程的過渡。當(dāng)前，要加快推進(jìn)能源的清潔替代，加快煤電靈活性改造、大力發(fā)展清潔能源、積極發(fā)展生物質(zhì)燃料、電制燃料，包括與可再生能源開發(fā)相結(jié)合，大力發(fā)展清潔電力制氫和終端燃料電池、燃?xì)廨啓C(jī)等高效利用和靈活利用、電制陽光燃料產(chǎn)業(yè)規(guī)模化等。要加大可再生能源大規(guī)模消納，加快推進(jìn)能源消費(fèi)電能替代，推進(jìn)電制氫及綠氫規(guī)?；瘧?yīng)用、儲(chǔ)運(yùn)和調(diào)峰等。要推進(jìn)P2G，PTX技術(shù)，完成多能源高效轉(zhuǎn)換。電氣化水平提升如何跟新能源利用相結(jié)合也是一個(gè)挑戰(zhàn)，目前終端能源消費(fèi)電能占比還太低，而綠色電能替代是關(guān)鍵。

當(dāng)然，對(duì)氫能的利用，確實(shí)存在好多需要突破的問題，在政策規(guī)范方面：目前，關(guān)于氫的制取，全場(chǎng)景應(yīng)用存在嚴(yán)重的定位滯后，標(biāo)準(zhǔn)滯后問題；國家、各省雖然均出臺(tái)了一些氫能產(chǎn)業(yè)的指導(dǎo)意見，但仍缺乏具體的實(shí)施路線，上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展不協(xié)調(diào)，產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)體系不完善；在基礎(chǔ)設(shè)施問題方面：加氫站、輸氫網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)布局嚴(yán)重不足，相關(guān)規(guī)劃及補(bǔ)貼問題有待解決；在技術(shù)裝備方面：氫能產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)復(fù)雜，我國相關(guān)核心技術(shù)及自主化程度不足，膜電極、催化劑、碳?xì)?、壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐等仍大量依賴進(jìn)口；在產(chǎn)業(yè)成本問題方面：目前電解水制氫-儲(chǔ)氫-輸氫-用氫各環(huán)節(jié)關(guān)鍵設(shè)備的成本較高，有待進(jìn)一步的技術(shù)成熟、規(guī)?；?；在科普認(rèn)識(shí)方面：目前，對(duì)氫作為一種能源的全社會(huì)認(rèn)識(shí)不夠，對(duì)其安全性的科學(xué)認(rèn)識(shí)有待提高。

可見，碳中和的路線圖中無論是能效的提升，低碳、零碳、負(fù)碳技術(shù)的應(yīng)用，零碳燃料的替代，這些都跟氫的利用有密切關(guān)系。氫無疑是碳中和最好的一個(gè)元素?？梢哉f零碳替代呼喚氫能時(shí)代。國際能源署《氫能燃料電池技術(shù)路線圖》指出：“氫能燃料電池是少數(shù)幾個(gè)可以將不同能源來源和終端用戶聯(lián)系在一起的技術(shù)之一，在未來能源構(gòu)架中起到電-熱-燃料之間轉(zhuǎn)換的新型載體作用”。

國際氫能委員會(huì)認(rèn)為“氫能是將全球變暖限制在2℃的能源轉(zhuǎn)換的中心支柱”。據(jù)其估計(jì)，氫國際發(fā)展前景，預(yù)計(jì)到2050年氫能將占到總能源消耗的18%，每年減少CO2排放量約6萬億噸，并貢獻(xiàn)約20%的額外減排，市場(chǎng)空間達(dá)12萬億元美元。而在我國，氫氣使用量預(yù)計(jì)到2050年將達(dá)到1億噸，占我國終端能源結(jié)構(gòu)的10%以上，實(shí)現(xiàn)CO2減排近12億噸，但現(xiàn)在從碳中和看還是保守的估計(jì)。

電器工業(yè)：請(qǐng)具體談?wù)剼浜碗娭茪浼叭剂想姵氐募夹g(shù)和應(yīng)用特點(diǎn)。

張春雁：眾所周知，氫的來源非常廣泛，地球上70%是水，水中含有氫，氫本身能量密度很高，氫的導(dǎo)熱性好，可以作為傳熱的載體。它能以多種形式的氫化物出現(xiàn)，能適應(yīng)貯運(yùn)及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求，其存儲(chǔ)、規(guī)模、長周期儲(chǔ)能競(jìng)爭(zhēng)力高于鋰電池，氫氣發(fā)電的最終產(chǎn)物是水，環(huán)境友好。

氫能的安全性。氫能的體積密度非常小，易揮發(fā)，決定了它在非密閉空間應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)中本身的安全特性，當(dāng)然安全決定于是否落實(shí)安全技術(shù)措施。

化石原料制氫即藍(lán)色，工業(yè)副產(chǎn)制氫即灰色，如果這些制氫過程中CO2得到固封就是青氫，這些長遠(yuǎn)來說是過渡，可再生能源電解水制氫即綠氫，是未來趨勢(shì)。在全球碳中和的大環(huán)境下，氫氣將主要由可再生能源制取，成為真正的又一代新能源。根據(jù)我國的風(fēng)光資源的稟賦，最終方向是可再生能源電制氫，也就是綠色制氫，這個(gè)方向關(guān)鍵是電解槽的核心技術(shù)要到位，低成本長壽命，高效率電解槽是關(guān)鍵。

再說電制氫，主要有堿性電解水制氫，質(zhì)子交換膜電解水制氫，固體氧化物電解水制氫等。堿性的電解水制氫不適合可再生能源不穩(wěn)定性電力匹配。而質(zhì)子交換膜的電解水制氫，特點(diǎn)是可以匹配可風(fēng)光可再生能源的波動(dòng)性，固體化氧化物電解水制氫，國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)也已經(jīng)有很好的研究，正在推向工程示范。這是PEM電制氫的原理，對(duì)輸入功率變化響應(yīng)快，適用于可再生能源的波動(dòng)性，具寬負(fù)荷范圍工作性能，宜與風(fēng)能、太陽能結(jié)合，產(chǎn)氣純度高，體積小。高溫固體氧化物電解制氫（SOEC）可利用各種可再生能源在高溫下將水蒸氣高效電解為氫氣和氧氣，具有高轉(zhuǎn)化效率，且不必使用鉑金。

燃料電池和氫燃?xì)廨啓C(jī)。燃料電池在交通運(yùn)輸上的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，燃料電池也是終端能源系統(tǒng)解決方案的核心關(guān)鍵技術(shù)，但這個(gè)核心關(guān)鍵技術(shù)目前跟國外的差距還非常明顯。

氫燃?xì)廨啓C(jī)，依靠可再生能源光伏等制綠氫。歐洲已經(jīng)提出，應(yīng)把目前在用的燃?xì)廨啓C(jī)，包括未來一定數(shù)量的新增燃?xì)廨啓C(jī)，由燒天然氣，最后轉(zhuǎn)換為摻氫甚至純氫燃?xì)廨啓C(jī)，提高了效率，更可為電網(wǎng)系統(tǒng)提供靈活性。

電器工業(yè)：構(gòu)建新能源為主體的新型電力能源系統(tǒng)，可再生能源與電氫融合是關(guān)鍵，從這個(gè)角度請(qǐng)具體談?wù)勲姎淙诤系男滦碗娏ο到y(tǒng)。

張春雁：富裕的風(fēng)、光可再生能源電能制氫，既可大規(guī)模、長時(shí)間高壓氣態(tài)等方式存儲(chǔ)，又可通過燃?xì)夤芫W(wǎng)跨區(qū)域、遠(yuǎn)距離大規(guī)模輸運(yùn)，在終端耦合交通、工業(yè)和市政能源系統(tǒng)直接利用，還可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苷{(diào)頻調(diào)峰，“零碳”實(shí)現(xiàn)可再生能源時(shí)變出力的大尺度跨時(shí)空轉(zhuǎn)移和平抑，支撐構(gòu)建含可再生能源主導(dǎo)的“碳中和”新型電力和能源系統(tǒng)建設(shè)。

而電制綠氫又可“零碳”滿足電、熱、氣等多形態(tài)能量需求，支撐“碳中和”終端用能體系的構(gòu)建。氫能既可直接燃燒為用戶提供熱能，還可以在高峰時(shí)段利用氫燃料電池或燃?xì)廨啓C(jī)等發(fā)電供能，滿足供熱/制冷需求，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)-儲(chǔ)運(yùn)和消費(fèi)全過程“零碳”源。比如三菱山間電力，正在美國投資30億美元計(jì)劃建設(shè)的全球首個(gè)綠色氫能集成標(biāo)準(zhǔn)包，是可再生能源制氫，儲(chǔ)氫，然后燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，構(gòu)建一個(gè)完全零碳的電力系統(tǒng)。從零碳角度，電制氫能夠適合于可規(guī)?；木G氫制取和儲(chǔ)運(yùn)，滿足非常好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，保證電網(wǎng)靈活性。

當(dāng)然，電氫氣協(xié)同，電能系統(tǒng)，氫能系統(tǒng)，天然氣系統(tǒng)，他們之間如何融合？國內(nèi)外已經(jīng)開始研究，利用遍布的天然氣管道輸送氫氣，可使氫進(jìn)萬家，今年國家重點(diǎn)項(xiàng)目計(jì)劃已經(jīng)在準(zhǔn)備立項(xiàng)。氫氣的儲(chǔ)運(yùn)方式將包括氫氣專用管道、壓縮氫氣（CH2）、液化氫氣（LH2）、液體有機(jī)物氫載體（LOHC）、金屬合金儲(chǔ)氫等方式。當(dāng)然，還要加快研究推進(jìn)基于液態(tài)陽光燃料等技術(shù)，可再生能源制甲醇、氨，乙醇等，解決無碳燃料問題。

電氫融合的新型電力系統(tǒng)，長遠(yuǎn)來說是真正的能源互聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)系統(tǒng)，跟傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)比較，形成一個(gè)可再生能源與電氫融合的新型的能源系統(tǒng)，充分發(fā)揮電氫氣融合轉(zhuǎn)換的功能。這里面牽扯到關(guān)鍵技術(shù)，最重要的是氫電和PTX等高效轉(zhuǎn)換技術(shù)，還有混合可再生能源直流網(wǎng)技術(shù)，直流比例會(huì)不斷增加。

零碳電網(wǎng)的概念，可再生能源的電網(wǎng)是電力電子發(fā)電為主，集中與分布式結(jié)合，彈性大，慣量小，源荷互動(dòng)響應(yīng)，具備自組織、自趨優(yōu)、自適應(yīng)能力。從目前電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看，要最大限度地減少溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光儲(chǔ)可再生能源大規(guī)?；{，盡快加大氫能存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化和輸運(yùn)作用非常重要。

另一方面，終端能源電氫融合系統(tǒng)，目前主要在交通領(lǐng)域，事實(shí)上從歐美國家，特別是日本來看，終端能源系統(tǒng)氫能占比在不斷提高，原來以天然氣為主的系統(tǒng)已經(jīng)在逐步退出。比如澳大利亞LAVO裝置，是家用氫儲(chǔ)裝置，光伏制氫，金屬儲(chǔ)氫，燃料電池發(fā)電，足夠讓普通家庭使用兩天。又如美國蘋果公司硅谷總部，全世界最大的屋頂光伏系統(tǒng)，其余的由園區(qū)的燃料電池供能。

綜上所述，面向碳中和，打造綠色能源體系，構(gòu)建新能源為主體的新型電力與能源系統(tǒng)，可再生能源與電氫融合是關(guān)鍵。

電器工業(yè)：那么展望一下，請(qǐng)談?wù)勗鯓蛹涌鞓?gòu)建基于電氫融合的能源互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)。

張春雁：第一，綠氫是可再生能源、是真正的下一代新能源，是深度減碳重要工具。

無論從實(shí)現(xiàn)碳中和的角度還是從保障國家能源安全的角度，發(fā)展可再生能源制氫都是未來的必然選擇，是新興產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)。

可再生能源電制綠氫是氫作為零碳新能源的關(guān)鍵，預(yù)計(jì)2030～2060 年可再生能源制氫占中國氫氣來源比例將為15%～80%。

可再生能源電解水制氫逐步替代化石原料制氫，一方面能夠有效緩解大規(guī)模新能源消納問題，一方面可為工業(yè)、交通等領(lǐng)域供氫，減少各領(lǐng)域碳排放。

而下游，隨著加氫站、輸氫網(wǎng)等設(shè)施逐步完善，氫能利用更加便捷、平價(jià)，氫能交通布局逐步完善，氫能規(guī)?；虡I(yè)化應(yīng)用已是大勢(shì)所趨。

第二是綠色電能替代是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的一個(gè)重要方向。

“3060碳目標(biāo)”下，全社會(huì)電能替代必須加速。電能終端消費(fèi)將由當(dāng)前約26%，提高到2050年的60%，2060年的70%甚至更高。

而綠色電能替代是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的一個(gè)重要方向，且整個(gè)過程有望完全實(shí)現(xiàn)零碳化。隨著廉價(jià)的可再生能源制氫普及，零碳電網(wǎng)的建設(shè)也必將不會(huì)遙不可及，構(gòu)建可再生能源與電氫融合的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)成為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要路徑。

電制綠氫的戰(zhàn)略地位將不斷凸顯。而電解槽將成為重要戰(zhàn)略產(chǎn)品。全球保守估計(jì)將由當(dāng)前的不到數(shù)千兆瓦，到2030年達(dá)數(shù)百吉瓦，現(xiàn)在歐盟國家開發(fā)可再生能源計(jì)劃直接落實(shí)到電解槽裝機(jī)容量。

第三是電制氫及可再生能源制氫的成本奇點(diǎn)必將加快到來。

全球各地，可再生能源發(fā)電成本持續(xù)下降，并逐漸開始低于化石燃料發(fā)電成本，未來隨著各環(huán)節(jié)的核心技術(shù)逐步成熟并規(guī)?；a(chǎn)，可再生能源電解水制氫將最具低成本制氫潛力，廉價(jià)電力下將帶來廉價(jià)綠色氫氣，為氫能快速滲透廣泛利用提供基礎(chǔ)。

面對(duì)碳中和目標(biāo)的引領(lǐng)，作為國家中長期戰(zhàn)略技術(shù)儲(chǔ)備，隨著政策和頂層設(shè)計(jì)的突破，制氫-儲(chǔ)氫-輸氫-用氫各環(huán)節(jié)關(guān)鍵核心技術(shù)突破拐點(diǎn)必將加快到來。

可以預(yù)見，不久的將來，很多電力，比如有一些可再生能源平價(jià)電、低谷電，直接可以電制綠氫。另外，加氫站的電制氫，現(xiàn)在我們合作研究電制氫的效率已經(jīng)很高，電解槽功耗已到4.1kWh/Nm3，上海低谷電如果按照0.28元/kWh來算，電制氫成本每公斤25元，再加上運(yùn)輸和加氫成本，在上海地區(qū)已有優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然這個(gè)還要進(jìn)一步市場(chǎng)化應(yīng)用。

第四，電制氫對(duì)于構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)意義重大。

實(shí)現(xiàn)“3060碳目標(biāo)”，電力增長首先必須零碳化，電制氫及氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的加速成熟和成本的下降可以為大電網(wǎng)提供跨時(shí)空的調(diào)節(jié)能力，而氫燃?xì)廨啓C(jī)可以為電網(wǎng)提供靈活性，構(gòu)建零碳電網(wǎng)和新型電力系統(tǒng)成為可能。氫能在終端能源系統(tǒng)中的應(yīng)用將加速發(fā)展。氫作為新一代零碳新能源，將成為溝通源網(wǎng)荷儲(chǔ)的重要載體，電制綠氫可以打通源網(wǎng)儲(chǔ)荷零碳電力能源流，電氫融合綠色能源系統(tǒng)未來可期，氫是打造未來能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)最重要的元素，可以期待碳中和愿景實(shí)現(xiàn)之時(shí)即進(jìn)入氫能時(shí)代。

最后，目前國內(nèi)外綠色電制氫項(xiàng)目已經(jīng)有好多在建設(shè)，從幾個(gè)兆瓦，幾十個(gè)兆瓦項(xiàng)目都有，最近一個(gè)吉瓦，兩個(gè)吉瓦的項(xiàng)目已經(jīng)在計(jì)劃建設(shè)。

國家電網(wǎng)公司牽頭承擔(dān)的首個(gè)氫能相關(guān)的國家重點(diǎn)項(xiàng)目——可離網(wǎng)型風(fēng)光氫燃料電池直流互聯(lián)與穩(wěn)定控制技術(shù)項(xiàng)目，將建成“氫電耦合直流微網(wǎng)示范工程”，打造“綠電”造“綠氫”、“綠氫”再發(fā)電的綠色能源體系，探索加快推動(dòng)雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的新路徑。該項(xiàng)目突破氫電耦合直流微網(wǎng)在安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面關(guān)鍵技術(shù)，自主研發(fā)高效電解制氫系統(tǒng)、燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)、氫能與電池混合儲(chǔ)能、多端口直流換流器等核心裝備，將電、氫、熱等能源網(wǎng)絡(luò)中的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、消費(fèi)等環(huán)節(jié)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)綠電制氫、電熱氫高效聯(lián)供、車網(wǎng)靈活互動(dòng)、離網(wǎng)長周期運(yùn)行等多功能協(xié)同轉(zhuǎn)化與調(diào)配，形成以電為中心的電氫熱耦合能源互聯(lián)網(wǎng)示范。

風(fēng)光無限的未來可能不是風(fēng)光，是氫能。